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研究人員設(shè)計(jì)制造一種基于生物阻抗譜的無電池植入式葡萄糖傳感器

MEMS ? 來源:MEMS ? 2023-11-11 09:09 ? 次閱讀
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糖尿?。―M)是一種以高血糖和新陳代謝改變?yōu)樘卣鞯穆约膊?。全球范圍?nèi),患有糖尿病的人數(shù)一直在持續(xù)增加,根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì),2020年全球約有4.22億人患有糖尿病。糖尿病被認(rèn)為是第七大致死病因,改善治療方法和控制血糖(BG)對(duì)于提高患者生活質(zhì)量和預(yù)期壽命至關(guān)重要。近些來年,無需采血的精確連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)(CGM)技術(shù)徹底改變了糖尿病的管理。為了更好地提升患者生活質(zhì)量,還需要繼續(xù)研究開發(fā)能夠在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行血糖監(jiān)測(cè)的新方法。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,近期,瑞典皇家理工學(xué)院(KTH Royal Institute of Technology)等機(jī)構(gòu)的研究人員提出一種基于電化學(xué)阻抗譜的血糖監(jiān)測(cè)方法,研制出一種無電池植入式葡萄糖傳感器,并通過實(shí)驗(yàn)證明了該設(shè)備用于準(zhǔn)確評(píng)估血糖的潛在可行性。相關(guān)研究成果以“A battery-less implantable glucose sensor based on electrical impedance spectroscopy”為題發(fā)表在Scientific Reports期刊上。

在這項(xiàng)研究工作中,研究人員設(shè)計(jì)制造了一種基于生物阻抗譜的無電池植入式葡萄糖傳感器,并將其植入豬體內(nèi)進(jìn)行研究。在豬術(shù)后14天恢復(fù)期后,研究人員對(duì)從豬靜脈葡萄糖耐量試驗(yàn)(IVGTT)獲得的236個(gè)皮下生物阻抗測(cè)量值進(jìn)行了分析,葡萄糖濃度范圍在77.4 ~ 523.8 mg/dL之間。結(jié)果表明,通過皮下生物阻抗測(cè)量評(píng)估的葡萄糖濃度與血糖參考值密切相關(guān)。整個(gè)研究過程中,豬的臨床健康狀況良好,尸檢結(jié)果也未發(fā)現(xiàn)與傳感器相關(guān)的不良反應(yīng)跡象。葡萄糖傳感器的植入需要小手術(shù)。植入物由外部供電,原則上可以無限期使用。這些結(jié)果證明了生物阻抗技術(shù)未來用于連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)的巨大潛力。

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圖1 植入式生物阻抗譜系統(tǒng)

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圖2 (A)在豬體內(nèi)植入葡萄糖傳感器;(B)將裝有閱讀器的帆布袋縫在豬背部;(C)傳感器在皮下所處位置及其移除

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圖3 (A)隨時(shí)間測(cè)量的幅度譜和(B)測(cè)量的相位譜示例;(C)豬IVGTT期間血糖曲線示例;(D)基于生物阻抗測(cè)量評(píng)估的血糖值與參考血糖值

這項(xiàng)研究表明,植入皮下的生物阻抗傳感器評(píng)估的血糖值與從商業(yè)血糖儀獲得的參考血糖值密切相關(guān),證明了生物阻抗技術(shù)未來用于連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)的潛力。這項(xiàng)研究所提出的基于生物阻抗的植入式葡萄糖傳感器有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn):其裝置組件不會(huì)隨時(shí)間推移而發(fā)生顯著退化,同時(shí)也不需要更換電池。原則上,這意味著只需要一個(gè)植入式傳感器即可對(duì)患者進(jìn)行終生的葡萄糖監(jiān)測(cè)。然而,目前,仍有一些問題有待解決。

首先,血糖濃度變化產(chǎn)生阻抗變化的潛在生理機(jī)制還不明確。未來應(yīng)著眼于研究組織特性變化與血糖水平相關(guān)的特定生理過程。了解這些機(jī)制將提高使用電化學(xué)阻抗譜評(píng)估葡萄糖的準(zhǔn)確性和可靠性。其次,該植入式設(shè)備的長(zhǎng)期使用安全性有待驗(yàn)證。該設(shè)備基于經(jīng)過檢驗(yàn)的生物相容性材料,在目前開展的實(shí)驗(yàn)中(最長(zhǎng)44天),豬沒有出現(xiàn)任何不良反應(yīng),但潛在的不良反應(yīng)還需要更長(zhǎng)時(shí)間去驗(yàn)證。第三,日?;顒?dòng)是否會(huì)對(duì)葡萄糖傳感器造成影響,以及生物阻抗測(cè)量是否會(huì)隨時(shí)間變化有待研究。已知電極系統(tǒng)的移動(dòng)會(huì)干擾電化學(xué)阻抗測(cè)量。因此,周圍組織和傳感器表面之間的良好粘附至關(guān)重要。第四,該生物阻抗方法是否需要借助其他儀器進(jìn)行頻繁校準(zhǔn)?未來需要研究該設(shè)備隨時(shí)間推移的性能變化,并與市售連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備的參考血糖值進(jìn)行對(duì)比,以確定必要的校準(zhǔn)頻率。最后,植入物的大小是否適用于人類使用?目前所提出的概念驗(yàn)證原型比較大,可能不適合人類植入。通過最小化其組件的體積,傳感器的進(jìn)一步小型化有望實(shí)現(xiàn)。

審核編輯:彭菁

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原文標(biāo)題:基于電化學(xué)阻抗譜的無電池植入式葡萄糖傳感器

文章出處:【微信號(hào):MEMSensor,微信公眾號(hào):MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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